为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求，研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术，设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率，同时考虑光纤耦合调试难度大的问题，设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法，通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光（405，488，561，638 nm），耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平，证明该多波长激光耦合器性能优异。同时，由于耦合器装调简单且成本低，本文的工作具有进一步商业化的价值，且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。

光纤传输是常用的激光传输方式，随着光纤制备工艺的提升，大芯径、大数值孔径的传能光纤被广泛应用于多模激光传输。高效的激光耦合是光纤稳定传输的前提，为实现宽波段、高功率密度的激光耦合，根据混合模类高斯光束传输变换特性和耦合装置初始参数，结合像差分析，设计了一套大芯径四合一集束光纤与单芯光纤之间的非球面镜耦合装置，并通过机械装置装调实验得到了最高60.6%的光纤耦合效率。搭配自研激光共振电离飞行时间质谱仪，实现了钕同位素三色三步光电离路径对应激光饱和功率密度的测量，验证了装置满足复色激光共振激发电离特定同位素的光谱实验需求。

针对直接对准型离轴式光纤旋转连接器中自聚焦透镜准直器出射光斑小、光纤耦合损耗大和有效对准时间短的问题，本文提出了一种由双合透镜和热扩芯光纤构成的大光斑光纤准直器。基于出射光斑在相对旋转过程中重叠面积的周期性变化规律，分析了准直器间存在径向误差和角向误差时的耦合损耗变化。根据转子圆环和出射光斑尺寸得到耦合损耗为3 dB时的理论有效对准时间。为此搭建了光纤耦合实验平台测试其耦合性能及有效对准时间。实验结果表明，光纤准直器采用的单模光纤模场直径越大耦合损耗越低，其中模场直径为28 μm时耦合损耗低至0.22 dB。在转速为60 r/min时，通过光电转化和函数拟合得到四种模场直径光纤准直器的有效对准时间。模场直径为17 μm时最大有效对准时间为7.05 ms，与理论值7.1672 ms基本一致。最后应用光纤布拉格光栅传感实现无接触式传输光信号。这种设计为大光斑离轴式光纤旋转连接器的研究及其在光纤传感领域的应用提供了理论和技术支撑。

水下连接器是水下观测网的关键零部件，采用油液密封方式实现低损耗连接，但该方式会导致光连接结构复杂、工程研制难度大。为解决此问题，对比陆基光纤网络的连接方式，提出接触式光纤连接器水下原位湿插拔的方案。基于水体吸收特性、朗伯-比尔定律以及液体的表面张力等理论进行原理分析，在光纤端面形成厚度在5 μm以内的水膜且该厚度水膜对1 310，1 550 nm波段的吸收损耗可忽略不计；然后，以1 550 nm波段为例，对光纤在空气、水、硅油的耦合损耗情况进行实验分析，并利用设计的光插针结构进行性能验证。实验数据显示，光纤水下原位湿插拔的平均损耗为0.17 dB，光插针的原位湿插拔平均损耗为0.23 dB。由此表明，接触式光纤耦合设计能够满足水下湿插拔的低损耗连接要求。本文为水下光纤湿插拔连接器领域提供了新思路，提出在确保水体清洁的情况下可直接进行水下原位湿插拔的设计方案，有望打破国外以油液密封方式建立的技术垄断。

介绍了有源光电子器件同轴和盒式封装结构、电学和光学零件的装联材料和光纤耦合系统的技术实现方法与可靠性。对比分析了电学零件装联材料和光学零件胶合材料的特性。阐述了光纤耦合系统中的直接耦合和间接耦合的结构特征，以及间接耦合中的光窗封接技术和直接耦合中的光纤与尾纤导管的三种封接技术和可靠性。此外，针对有源光电子器件的典型失效模式，给出了可靠性验证方法。